激光雷达光学相干系统及其方法技术方案

一种激光雷达光学相干系统及其方法，用于探测目标物体表面的振动。该激光雷达光学相干系统包括一激光发射系统一弱信号相干解调系统以及一回波信号接收系统。该激光发射系统用于发射测量光束至该目标物体表面以被反射回形成回波光束，并还用于发射参考光束。该回波信号接收系统包括一倒锥体光纤和一光纤耦合器。该倒锥体光纤具有一锥形端口和与该弱信号相干解调系统对应的一输出端口。该光纤耦合器被对应地设置于该倒锥体光纤的该锥形端口和该激光发射系统之间，用于将该回波光束耦入该倒锥体光纤的该锥形端口。该弱信号相干解调系统用于对该参考光束和该回波光束进行相干解调处理，以得到与该目标物体表面对应的振动频率信息。率信息。率信息。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达光学相干系统及其方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，尤其是涉及激光雷达光学相干系统及其方法。

技术介绍

[0002]激光语音侦听技术是利用激光对语音信号进行获取，并进一步研究分析处理的一项技术，通常采用的是激光测振技术。激光测振技术是由激光多普勒技术发展而来，能够实现非接触、实时、精确地测量多种物理量，已经被广泛应用于科研实验、工业生产、自动化控制、分析测量等各个领域。语音作为一种日常生活中无处不在的特殊信息形式，使得人们可以在交流时能够适应更多的场合。语音通常会包含说话人刻意隐藏的信息，结合激光测振技术开展针对耳语音的识别研究，不仅能够实现非接触、远距离、安全隐秘地获取信噪比较高的语音信号的同时，而且还可以通过信号处理的手段来进一步挖掘出说话人、语音内容等有价值的信息，这在情报安全、网络通信、自动化、司法鉴定等方法都有着巨大的应用价值。
[0003]然而，受限于激光探测物体表面的粗糙度、光洁度、反射率等特性，目前市场上的激光语音侦听设备的侦听距离普遍较短。由于激光回波信号的强弱决定着语音识别的准确清晰程度，较强的回波信号有利于声音信号的解调，因此在不改变探测物体的情况下，如何提升回波信号的强度成为目前亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其增大对回波信号的接收能力，有助于实现更远距离的语音侦听。
[0005]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够利用倒锥形光纤接收系统来增强回波信号的接收能力，有利于对语音载波信号的全面获取。
[0006]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够利用锥形熔融拉伸加工技术，实现多模光纤的锥形加工，以显著提高回波信号的接收能力。
[0007]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够利用多模单模转换器件，最大程度地实现多模到单模的无损转换，大幅提高信号转换能力。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够利用多重放大系统，实现微弱信号的接收放大提取，进一步提升系统的探测距离。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够实现运距离的语音侦听，使得激光雷达相干技术应用于安防监控和生物识别等领域的可行性得以提高。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够利用预放型光纤放大器和电信号放大电路，实现回波信号的多级放大，更有利于解调电路进行解调，提高系统的稳定性。
[0011]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中，在本专利技术的一实施例中，所述激光雷达光学相干系统能够将光纤系统与空间光系统有机结合，相比于单独的空间光相干系统，其稳定性更高，光路调节更加简单方便。
[0012]本专利技术的另一优势在于提供一激光雷达光学相干系统及其方法，其中为了达到上述优势，在本专利技术中不需要采用复杂的结构和庞大的计算量，对软硬件要求低。因此，本专利技术成功和有效地提供一解决方案，不只提供一激光雷达光学相干系统及其方法，同时还增加了所述激光雷达光学相干系统及其方法的实用性和可靠性。
[0013]为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本专利技术提供了一激光雷达光学相干系统，用于探测目标物体表面的振动，其中所述激光雷达光学相干系统包括：
[0014]一激光发射系统，其中所述激光发射系统用于发射测量光束至该目标物体表面以被反射回形成回波光束，并且所述激光发射系统还用于发射参考光束；
[0015]一弱信号相干解调系统，其中所述弱信号相干解调系统耦接于所述激光发射系统；以及
[0016]一回波信号接收系统，其中所述回波信号接收系统包括：
[0017]一倒锥体光纤，其中所述倒锥体光纤具有一锥形端口和与所述弱信号相干解调系统对应的一输出端口；和
[0018]一光纤耦合器，其中所述光纤耦合器被对应地设置于所述倒锥体光纤的所述锥形端口和所述激光发射系统之间，用于将该回波光束耦入所述倒锥体光纤的所述锥形端口，其中所述弱信号相干解调系统用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和经由所述回波信号接收系统传输的该回波光束进行相干解调处理，以得到与该目标物体表面对应的振动频率信息。
[0019]根据本专利技术的一实施例，所述倒锥体光纤为一锥形多模光纤，并且所述回波信号接收系统进一步包括一多模单模转换器和一单模光纤，其中所述多模单模转换器耦接于所述倒锥形光纤的所述输出端口和所述单模光纤的一端，并且所述单模光纤的另一端耦接于所述弱信号相干解调系统。
[0020]根据本专利技术的一实施例，所述的激光雷达光学相干系统，进一步包括一多重信号放大系统，其中所述多重信号放大系统包括一预放型光纤放大器，其中所述预放型光纤放大器被设置于所述回波信号接收系统的所述单模光纤，用于对经由所述单模光纤传播的该回波光束进行放大处理，使得放大后的该回波光束被传输至所述弱信号相干解调系统。
[0021]根据本专利技术的一实施例，所述弱信号相干解调系统包括一单模光纤耦合器、一APD平衡探测器以及一信号提取单元，其中所述APD平衡探测器的输入端通过所述单模光纤耦合器分别与所述回波信号接收系统的所述单模光纤和所述激光发射系统连接，并且所述信号提取单元可通信地连接于所述APD平衡探测器的输出端，其中所述单模光纤耦合器用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和来自所述回波信号接收系统的该回波光束进行相干叠加处理，其中所述APD平衡探测器用于将相干叠加后的该参考光束和该回波光束调制成携带有该目标物体表面振动信息的调频信号，其中所述信号提取单元用于对来自所述
APD平衡探测器的该调频信号进行解调处理，以获得该振动频率信息。
[0022]根据本专利技术的一实施例，所述多重信号放大系统进一步包括一信号放大电路，其中所述信号放大电路被可通信地设置于所述APD平衡探测器和所述信号提取单元之间，用于先对来自所述APD平衡探测器的该调频信号进行电压放大处理，再将放大后的该调频信号传输至所述信号提取单元。
[0023]根据本专利技术的一实施例，所述激光发射系统包括用于输出偏振光的一半导体激光器、用于将该偏振光分成该测量光束和该参考光束的一光纤分路器、用于准直该测量光束的一光纤准直器、用于对该参考光束进行移频处理的一声光移频器系统以及单模保偏光纤，其中所述光纤分路器的输入端通过所述单模保偏光纤连接于所述半导体激光器，并且所述光纤分路器的两输出端分别通过所述单模保偏光纤连接于所述光纤准直器和所述声光移频器系统。
[0024]根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一激光雷达光学相干系统，用于探测目标物体表面的振动，其特征在于，其中所述激光雷达光学相干系统包括：一激光发射系统，其中所述激光发射系统用于发射测量光束至该目标物体表面以被反射回形成回波光束，并且所述激光发射系统还用于发射参考光束；一弱信号相干解调系统，其中所述弱信号相干解调系统耦接于所述激光发射系统；以及一回波信号接收系统，其中所述回波信号接收系统包括：一倒锥体光纤，其中所述倒锥体光纤具有一锥形端口和与所述弱信号相干解调系统对应的一输出端口；和一光纤耦合器，其中所述光纤耦合器被对应地设置于所述倒锥体光纤的所述锥形端口和所述激光发射系统之间，用于将该回波光束耦入所述倒锥体光纤的所述锥形端口，其中所述弱信号相干解调系统用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和经由所述回波信号接收系统传输的该回波光束进行相干解调处理，以得到与该目标物体表面对应的振动频率信息。2.如权利要求1所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述倒锥体光纤为一锥形多模光纤，并且所述回波信号接收系统进一步包括一多模单模转换器和一单模光纤，其中所述多模单模转换器耦接于所述倒锥形光纤的所述输出端口和所述单模光纤的一端，并且所述单模光纤的另一端耦接于所述弱信号相干解调系统。3.如权利要求2所述的激光雷达光学相干系统，进一步包括一多重信号放大系统，其中所述多重信号放大系统包括一预放型光纤放大器，其中所述预放型光纤放大器被设置于所述回波信号接收系统的所述单模光纤，用于对经由所述单模光纤传播的该回波光束进行放大处理，使得放大后的该回波光束被传输至所述弱信号相干解调系统。4.如权利要求3所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述弱信号相干解调系统包括一单模光纤耦合器、一APD平衡探测器以及一信号提取单元，其中所述APD平衡探测器的输入端通过所述单模光纤耦合器分别与所述回波信号接收系统的所述单模光纤和所述激光发射系统连接，并且所述信号提取单元可通信地连接于所述APD平衡探测器的输出端，其中所述单模光纤耦合器用于对来自所述激光发射系统的该参考光束和来自所述回波信号接收系统的该回波光束进行相干叠加处理，其中所述APD平衡探测器用于将相干叠加后的该参考光束和该回波光束调制成携带有该目标物体表面振动信息的调频信号，其中所述信号提取单元用于对来自所述APD平衡探测器的该调频信号进行解调处理，以获得该振动频率信息。5.如权利要求4所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述多重信号放大系统进一步包括一信号放大电路，其中所述信号放大电路被可通信地设置于所述APD平衡探测器和所述信号提取单元之间，用于先对来自所述APD平衡探测器的该调频信号进行电压放大处理，再将放大后的该调频信号传输至所述信号提取单元。6.如权利要求5所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述激光发射系统包括用于输出偏振光的一半导体激光器、用于将该偏振光分成该测量光束和该参考光束的一光纤分路器、用于准直该测量光束的一光纤准直器、用于对该参考光束进行移频处理的一声光移频器系统以及单模保偏光纤，其中所述光纤分路器的输入端通过所述单模保偏光纤连接于所
述半导体激光器，并且所述光纤分路器的两输出端分别通过所述单模保偏光纤连接于所述光纤准直器和所述声光移频器系统。7.如权利要求6所述的激光雷达光学相干系统，其中，所述声光移频器系统包括一光纤声光移频器和一射频驱动器，其中所述光纤声光移频器通过所述单模保偏光纤连接于所述光纤分路器，并且所述光纤声光移频器连接于所述单模光纤耦合器，其中所述光纤声光移频器被可驱动地连接于所述射频驱动器，并且所述射频驱动器用于驱动所述光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤凯，宋云峰，刘红魏，陈汝霞，张萌达，张徐生，
申请(专利权)人：余姚舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：